甲烷的取代反应（演示实验改进）
作者：白福泰 文章来源：《实验教师培训教程》 点击数：1407 更新时间：2007-8-15
甲烷与氯气在光照下发生取代反应，生成氯代甲烷的混合物。这个实验用日光直接照射，较难控制反应的进行。因此，可以采用高压汞灯或日光灯作为光源。其实验效果都较好。
1、实验方法
方法一
（1）先在两只塑料袋里，分别收集好氯气和甲烷，其体积比约为4：1，再按图安装好实验装置。
（2）松开活塞，把氯气压进盛有甲烷的塑料袋中。
（3）大约1分钟之后，让学生观察塑料袋内壁出现的现象，他们很容易发现壁上有油状小液滴出现。再打开活塞，排出废气，使废气对准沾有氨水的小棉球，立即有白色浓烟产生。说是生成了氯化氢气。
方法二
（1）在三支大试管中，分别装满氯气、甲烷和体积比为3：1的氯气与甲烷混合气体，并分别用带有玻璃导管的胶塞塞紧管口（导气管上的玻璃活塞，应关闭）。
（2）在其余三支大试管中，分别注入硫酸铜溶液，均占试管容积的四分之三，放在试管架上。
（3）将充满气体的三支试管，固定在铁架台上，玻璃导管的下端插入盛硫酸铜溶液的试管中，如图所示。
（4）在日光照射之下，打开三个玻璃活塞，让学生进行观察。他们很快便会发现，两支装有纯净气体的试管内无变化。盛有混合气体的试管内黄绿色逐渐褪去并且液面上升。
甲烷的取代反应，是烷烃的特征反应，也是本节教材的重点之一。教师可以根据甲烷分子中氢原子能被氯原子取代的实验事实，利用结构式，让学生自己写出生成一氯甲烷的取代反应的方程式，生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的化学方程式。然后让学生自己分析、归纳出取代反应的定义，并指出取代反应与置换反应是化学反应中两种不同类的反应。列表进行对比，这样更有利于巩固学生所学取代反应的知识。
表
取代反应
置换反应
可与化合物发生取代，生成物中，不一定有单质
反应物、生成物中，一定有单质。
反应能否进行，受催化剂、温度、光照等外界条件影响较大。
在水溶液中进行的置换反应，遵循金属活动性顺序。
逐步进行取代，很多反应是可逆的
反应一般单方向进行。
2、实验说明
（1）塑料袋中的甲烷量可以少一些，这样更有利于生成液态的多氯代甲烷。
（2）用塑料袋代替玻璃器皿，一则用气量较多，使生成物更明显；另外，用非极性材料作容器，使自由基反应中，活性质点不易失去活性。因此，能使反应速度大大加快，在较短的时间内，观察到较多的油状液滴的生成。
（3）本演示实验成功的关键在于光照要适度，如果光线太强或日光直射，能迅速生成大量的活泼氯原子，使连续反应过于激烈，不易控制，生成氯化氢和碳。
（4）此实验氯气的用量，应大大超过甲烷，使取代反应能充分进行。一般甲烷与氯气混合的体积比以1：3效果较好。
（5）反应物的纯度很重要，尤其是氯气的纯度要求较高，所以，氯气最好是新制的。
（6）氯气在饱和食盐水中溶解度较小，应先用氯气饱和，这样氯气就更难溶解；甲烷也是极难溶于水的气体，因而量筒液面上升，可以说明是有易溶于水的氯化氢气体生成。
（注：本文摘自《实验教师培训教程》，白福秦、何彩霞 主编）
参考资料：http://chem.cersp.com/HXJS/200708/3878.html